Estudios prospectivos para la implementación de sistemas SWHP para aplicaciones de calefacción y agua caliente sanitaria en Chile

Abstract

El elevado consumo de calefacción y los elevados índices de contaminación ambiental provocado por el consumo leña (u otro combustible fósil) en algunas regiones de Chile. Han motivado al desarrollo del presente trabajo de título como una alternativa eficiente, limpia y sustentable. Este consiste en la realización de estudios prospectivos técnicos-económicos para la implementación de tecnologías de bombas de calor (BC) de fuente de agua superficial (SWHP, Surface Water Heat Pump) para el suministro de calefacción (CC) y agua caliente sanitaria (ACS) en Chile. Específicamente se busca desarrollar el diseño básico de 3 centrales de calefacción distrital, que utilicen como mecanismo de generación de calor los sistemas SWHP para 3 casos de estudio en Chile, en donde el suministro de CC y ACS se realiza mediante la circulación de agua caliente por una red de distribución. Posteriormente se estudia la factibilidad económica de los sistemas diseñados para el modelo de negocio propuesto. Para el desarrollo de este trabajo se emplea la siguiente metodología: i) Recopilación de antecedentes generales, ii) Investigación del estado del arte de los sistemas SWHP, iii) Selección y caracterización de los casos de estudio, iv) Caracterización de la demanda térmica de los casos de estudio, v) Desarrollo de diseños de las centrales de calefacción distrital de tipo RWSHP (River Water Source Heat Pump), SWSHP (Sea Water Source Heat Pump) y LWSHP (Lake Water Source Heat Pump), vi) Análisis de desempeño y eficiencia energética y vii) evaluación de la factibilidad económica de las soluciones. Los principales resultados son los siguientes: RWSHP (Valdivia) SWSHP (S. P. de la Paz) LWSHP (Puerto Octay) Usuarios 553 casas 125 casas y 340 deptos. 5 Edificios públicos Reservorio Río Calle-Calle Océano pacífico Lago Llanquihue Captación Open loop direct Open loop indirect Open loop direct Demanda Térmica 3.533[GWht/año] 2 .859 [GWht/año] 889[GWht/año] 2.989[kW] 2.542[kW] 341[kW] Bomba de Calor (6) Mayekawa N6HK (6) Mayekawa N6HK (1) Sabroe Dual Pack COP Sistema 3,82 3,62 3,94 VAN (10%) 977.579 [USD] 1.046.150 [USD] 582.569 [USD] TIR 13 % 14 % 22 % Tarifa [CLP/kWht] 165 185 162 Se concluye los sistemas SWHP son competitivos para aplicaciones de CC y ACS presentando COP medio de 3,79 y una buena rentabilidad si se considera un modelo de negocio tipo ESCO, sin embargo, las tarifas no son competitivas en relación con el costo de las alternativas convencionales de calefacción; razón por la cual se justifica algún subsidio de gobierno, fijando así el precio en 78 [CLP/kWht] para los usuarios beneficiados con esta tecnología. También aprecia que sistemas SWHP open loop directo (RWSHP y LWSHP) tienen un mejor desempeño en comparación al tipo open loop indirecto (SWSHP), esto se debe a que el directo aprovecha todo el potencial del reservorio; mientras que los indirectos deben entregar parte de ese calor a un fluido secundario para hacer el transporte hacia la BC. Finalmente se observa que el COP del sistema es sensible a la temperatura del reservorio y de la temperatura de diseño a la salida del condensador de la BC (mayor COP a mayor T° del acuífero y menor T° de diseño).